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太阳能地暖设计方案

作者:易博国际 日期:2020-05-08 17:58

  太阳能地暖设计方案 太阳能地暖 设 计 方 案 编制单位: 编制时间:2013 年 6 月 目录 第一章 项目概况................................................1 一、项目概述 ................................................ 1 (一)项目名称 ....................................1 (二)项目简介 ....................................1 二、设计依据和参照标准 ............................1 第二章 供热热源的选择及确定 ........................5 一、 供热热源的选择 ..................................5 (一) 各种热源的可行性分析 ..........5 (二) 热源的确定 ..............................5 二、 采暖系统末端的确定 ..........................6 (一)太阳能地暖系统。 ....................6 (二)锅炉结合散热片系统采暖。 ....7 (三) 家用分体机采暖系统。 ..........7 I 三、太阳能供暖系统技术分析 ....................7 (一)系统原理及采热元器件的简述 7 四、北京市房山区果各庄应急避难所项目太 阳能地暖系统设计简述 ..............................10 第三章 热水系统方案规划设计 ...................... 11 一、热水供应热源工作原理及主要技术指标 ...................................................................... 11 (一)热源的工作原理 ...................... 11 (二)供暖主要技术指标 ..................13 二、太阳能供暖系统规划设计 ..................15 (一)太阳能供暖系统规划设计 ......15 三、系统投资及运行成本分析 ..................16 (一)太阳能采热部分的投资分析 ..17 (二)机房投资预算 ..........................21 (三)地暖系统投资预算 ..................24 II (四)集中式太阳能采暖系统总投资预 算 .......................................................... 24 (五)太阳能集中供热电辅助加热每天 采暖运行成本 ...................................... 25 第四章结 论 27 III 第一章 项目概况 一、项目概述 (一)项目名称 北京市房山区果各庄应急避难所太阳能采暖工程。 (二)项目简介 本项目位于北京市房山区青龙湖镇果各庄村,一栋单层的应急避难所,总供 暖面积约为 350 平方米。 二、设计依据和参照标准 1、《建筑给水排水设计规范》(GB50015-2003) 2、《全国民用建筑工程设计技术措施给水排水篇》(2003) 3、《民用建筑太阳能热水系统应用技术规范》GB50364-2005 4、《建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范》 (GB50242-2002) 5、其他有关设计规范及规程 6、北京地区日照分析 1 全国辐射量分布图 根据全国按日照时间分为 5 类地区,河北地区属于三类地区全年日照数在 2200-3000h。日辐射总量在 3.8-4.5KWh/m2 之间,在每平方米面积上一年接受 的太阳能辐射总量为 5016-5852MJ,相当于 170-200kg 标准煤燃烧所发出的热 量。为中国太阳能资源的中等类型区,相当于美国的华盛顿地区。 2 等级 资源带号 年总辐射量(MJ/㎡) 年总辐射量(kwh/㎡) 平均日辐射量(kwh/㎡) 最丰富带 I ≥6300 ≥1570 ≥4.8 很丰富带 II 5040~6300 1400~1570 3.8~4.8 较丰富带 III 3780~5040 1050~1400 2.9~3.8 一般 IV <3780 <1050 <2.9 3 7、北京地区寒冷季平均温度 中国一月平均气温分布图 由中国一月平均气温分布图可知北京地区最冷月平均温度在-8 摄氏度左右。 8、北京地区居民电价标准: 北京地区居民用电峰谷电价表 序号 收费项目 收费标准(元/KWh) 收费依据 备注 1 居民峰谷用电 0.48 北京电价收费 应急避难所为居民生活 标准 用电 4 第二章 供热热源的选择及确定 一、供热热源的选择 (一)各种热源的可行性分析 常用的生活热源有:城市蒸汽热源、燃油燃气热源、电热源、太阳能热源、 地热热源等。目前技术成熟应用最广泛的为前四种。其各自性能、投资、可靠性 等分析如下: 比较项 类别 太阳能+热泵 太阳能+电锅炉(谷电) 太阳能+燃气 太阳能+电锅炉(平电) 蒸汽(城市热网) 燃气 电锅炉(平电) 燃油 系统优点 节能、稳定、运行管理费用低 节能、稳定、运行管理费用低 节能、稳定、运行管理费用低 节能、稳定、运行管理费用低 稳定、运行管理费用较高 需要防火防爆、运行管理费用较高 稳定、运行管理费用较低 需要防火防爆、运行管理费用较高 系统可靠性 环保等级 很可靠 很可靠 很可靠 很可靠 很可靠 很可靠 很可靠 ++++ ++++ +++ +++ + -++ 综合上述比较,热源从可靠性及环保性能综合考虑宜选择太阳能+辅助热源的 供热形式,辅助热源可选择电、燃气、蒸汽等形式。 (二)热源的确定 我们选择热源时,从一次性投资、运行成本、后期维修保养三个指标确定性 价比。从运行成本上看,选用热泵补热运行成本最低,但针对本项目供热量小的 特点,结合北京地区丰富的日照条件和电价政策,综合考虑,本方案拟定以集中 5 式太阳能系统为主、电辅助加热系统为保障热源的供暖方案,充分利用太阳能, 结合电价的优势,系统安全可靠,管理简单,运行经济。 二、采暖系统末端的确定 (一)太阳能地暖系统。 地暖系统是地面均匀的铺设发热暖线,因为暖线系统的间距是固定的.所以地 面的温度在每一个角度都是非常均匀的.而且热量一旦起来,就分布到人体最需要 的脚部.再辐射上升到人体的腿部、身体、头部,符合人体工程学特点和中医“脚暖 身舒”的原理。地暖系统在加热的过程是属于辐射加热,空气中没有风,不会有干 燥的感觉。所以对于追求健康、品质的生活来讲,地暖是最舒适,最健康的采暖 方式。 根据资料显示地暖系统具体优点如下: 1、改善血液循环及新陈代谢,对风湿病有明显的疗效; 2、无风的地暖形式,可减少对老年人心血管的压力; 3、保持肌肤水份,帮助女性青春常驻; 4、室内无粉尘,适宜呼吸系统敏感者,减少哮喘发病率; 5、有利于保持头脑清醒,帮助提高记忆力和理解力,从而提高学习效率; 6、提高睡眠质量,入睡快,保证深度睡眠,有利于保持旺盛的工作精力; 7、节省空间,避免安装传统的暖气片形成的直接隐患; 8、据有关科学统计资料表明,地暖系统可刺激人们增加运动量,有助身心, 健康。 6 (二)锅炉结合散热片系统采暖。 散热片的传热方式是通过强烈反差的温差来实现.散热片的温度达到 85 度左 右,一部分热量是通过墙体被吸收.他们的热量一方面是从屋顶流到下面,热量分布 的均匀度在房间的每个角落是不一样的,靠近空调和散热片的地方温度比较高,越 远离,温度就越低.热量损失大而且不均匀!很容易局部温度高,很难有均热效果, 在同一房间内出现大的温差变化更易引发感冒。 (三) 家用分体机采暖系统。 空调的原理是通过强风将把热风从顶部依靠热风强吹到屋面的中下部,热量 分布是从头部到脚部温度逐渐降低,热量必须是先从顶部下来,因为热气比空气 轻,首先跑到的是顶部,靠强对流再对流到下面.空调大多吊装在墙壁高处,热风直 接对着头部,长时间开空调易导致口干舌燥和各类上呼吸道疾病。 综上所述结合项目特征,地暖系统在使用过程中对人的健康有很大帮助,此 外结合太阳能具有很大的投资效益,因此综合考虑本公司建议采用太阳能地暖采 暖系统。 三、太阳能供暖系统技术分析 (一)系统原理及采热元器件的简述 1、采热原理 7 根据《采暖通风与空气调节设计规范》,民用建筑的供水温度不得高于 60℃,供水温度与回水温度温差不小于 10℃,根据经验地暖进水温度可选 40℃, 而回水温度选取 30℃。 在屋顶设置真空管集热器,集热器采用串联的形式,。采集后的热水贮存于集 热水箱 A 中,当蓄能水箱 B 中水温低于设定温度(40℃)时,启动电辅助加热装 置,当蓄能水池 B 中水温达到设计温度(40℃)时,电锅炉自动停止工作。蓄能 水池 B 中的热水即为地暖管的水源,经埋地地暖管为用户提供热量。 2、采热元件 (1) 线 真空管可以串并联连接,间接式系统,机械强制循环。使用真空管造价较 低,回收周期比较短。安装简单,集热效果高。 抗腐蚀能力强,真空管集热器的材质为玻璃,具有很强的抗腐蚀能力,对水 质要求较低,无需担心集热器长时间使用会被腐蚀的现象。 (2)平板集热器 以一平方为一个采热单元,单元内部连接由厂家完成属于集成部件,在现场 进行单元之间的联接,外形美观。但成本很高,集热冬季集热效率也不如真空管 集热器。 平板集热器对水质要求较高,长时间使用会腐蚀内部铜管,造成系统大面积损 坏,系统瘫痪。 (3)本工程采热元器件的确定 9 根据我们多年在北京地区的太阳能工程经验,本地区最适于真空管式集热器 采热,其投资较低,热效率较高,且外形美观。 四、北京市房山区果各庄应急避难所项目太阳能地暖系统设计简述 1、设计思路 以太阳能作为主热源,电辅助加热系统为保障热源,双热源联合供热。 在屋顶集中布置真空管太阳能集热器,选用我公司太阳能集中供热成套技术。 再由经蓄能水箱将 40℃热水供应到地暖管进行房间供暖。 2、建筑集成效果 10 第三章 热水系统方案规划设计 一、热水供应热源工作原理及主要技术指标 (一)热源的工作原理 1、太阳能供暖原理图 2、电辅助加热系统的工作原理 三相工频点加强器、防护外壳及电控制系统组成,具有防过载、漏电保护, 微电脑智能控制,热效率高,寿命长。 11 3、两种能源互补利用原理 优先使用太阳 电辅助加热系统 恒温供水 恒压供水 当太阳能充足时,优先使用太阳能供热,当太阳能不足时启动电辅助加热保 障系统,确保 24 小时恒温恒压供应热水,保障供暖系统平稳运行。 4、供暖原理 若白天太阳能不足,产生的热水量不能满足供暖的要求时,太阳能集热水箱 的水通过电辅助加热系统补热到 40℃后,贮在开挖蓄能水池中,当水量达到设 计要求时,电锅炉停止工作。该设计充分体现了优先使用太阳能,并巧妙的利用 了电辅助加热,保障用户的供暖负荷要求,系统更加节能有效。 在供暖初期可以将冷水补给到集热水箱中,集热水箱 24 小时保持满水位, 12 供暖与供热水不同,蓄能水箱中的热水经过各房间铺设的地暖管后,温度会降低, 经过地暖回水管重新回到太阳能集热水箱中加热到所需水温,再送入到蓄能水箱 中,如此循环达到供暖的目的。考虑到水的蒸发损失故特设自动补水装置。 保障热源选择电辅助集热器。 (二)供暖主要技术指标 1、关于水温 根据地暖设备采暖热水需要的温度:热水供应系统的热水供水设备(集热 水箱)出口的最低温度选用 40℃。 2、关于出水时间 影响达到供水水温标准的出水时间,主要受未循环支管长短限制,本系统中, 出热水时间可控制在 20 秒之内。 3、关于管材 3.1 主管管材选择 热水系统各种管材比较表 管材名称 热镀锌钢管 PP-R 管 不锈钢管 铜管 产地 工程总价 抗腐蚀性能 钢性 热膨胀性能 热传导性能 天津利达 上海白碟 山西太钢 0Gr18Ni9 上海铜管 A0 1.15 A0~1.20 A0 较好 较好,易老化 1.85 A0~2.4 A0 很好 1.85 A0~2.5 A0 很好 较好 较差 很好 好 1.0ζ 12.0ζ 1.0ζ 0.95ζ 0.06λ 0.01λ 0.04λ 1.0λ 由上表可知热镀锌钢管具有下列优点: (1)、造价低; (2)、强度高且受温度变化的影响很小; 13 (3)、热传导率低; (4)、耐腐蚀性能较强; (5)、机械强度高。 故本设计选用国标热镀锌钢管。 3.2 地暖管管材选择 (1).U-PVC 管、XPAP 管满足不了 ISO/DIS105084、5的规定要求,在欧 洲不用于热水地暖。 (2).PP-R 管,壁厚脆化温度-5-10℃,弯曲难一般不用于住宅地暖。 (3).PB 管抗应力、抗划痕能力差,透氧率高,为保护系统金属件被氧化腐蚀, 国际规定必带阻氧层,但国内地暖无阻氧层。 (4).PEX 管具有如下优势: 1)、无毒无味、卫生、不腐蚀、不滋生细菌、不污染水质、内壁光滑,流阻 小。 2)、耐温耐压,可稳定工作于—40~110°C 的环境,爆破压力可达 6.0Mpa。 3)、导热系数高达 0.35W/m.k,特别适用于地暖用管、冷热给水管。 4)、保温隔热性能好,导热时不结垢,导冷时不结霜。 5)、抗蠕变、耐老化,使用寿命达 50 年以上。 6)、安装与维修费用低,免除“堵、冒、滴、漏”现象。 综合上述情况考虑,我公司建议采用 PEX 管作为地暖埋地管。 14 二、太阳能供暖系统规划设计 (一)太阳能供暖系统规划设计 1、日循环水量确定 (1)负荷确定 根据《全国民用建筑工程设计技术措施-暖通空调篇》确定应急避难所平均 采暖热负荷为 70w/ m2 。 Q总 ? q ? 350㎡ ? 24.5kw 日所需的总负荷量:应急避难所按每天 24 小时供暖要求设计,根据规范平 均负荷系数按 0.7 计算 Q=24.5kw×24h×0.7=411.6kw·h (2)日所需总循环水量计算 m ? 411.6kwh 4.2kj/kg ℃?10℃ ? 9.8(吨) 2、太阳能集热器面积计算 按最高日循环水量为 9.8 吨,根据我公司多年施工经验可知真空管集热器 单位面积能够提供(10℃提高到 45℃)60L/日计算: 由于真空管太阳能集热器只需将 30℃水提高到 40℃,则每一平米能提供热 水量为:V 单 ?(45℃4-01℃0℃- 3)0?℃60L/日 ? 210L/日; 则共需要 9.8/0.21=46.67 平方米 根据我公司真空管集热器规格型号及取整原则,选用六组集热器模块,每个 模块集热面积为 8 平方米,此项目真空管太阳能集热器面积共为 48 ㎡。 3、蓄能水箱尺寸大小确定 15 (1)40℃蓄能水箱(B 水箱) 根据最高日循环水量 9.8 吨,由于采暖水是循环使用的,根据我公司工程经 验,日最高循环水量与蓄热水箱 10:1 的取值,蓄能水箱选用 1 立方米。选用食 品级不锈钢水箱 (2)太阳能集热水箱(A 水箱) 根据最高日循环水量 9.8 吨,集热水箱有效容积V有 =Bs,则本方案集热水箱 容积为 1000L,即取 1 立方,选用食品级不锈钢水箱。 4、太阳能循环流量的确定 根据规范循环流量按下式计算 Qx1=3600(0.01~0.02)As /1000 =3600(0.02×48) /1000 =3.456(吨/h) 式中 Qx1——集热循环流量(吨/h); As——集热器集热面积(㎡)取 48 ㎡ 5、电辅助加热系统容量确定 在雨雪天气条件下,太阳能无法使用时,需采用电辅助加热作为保障热源, 按全天 24 小时提供热水计算,电加热器的功率应为建筑的热负荷值。故电辅助 加热装置的装机容量为 24kw 三、系统投资及运行成本分析 根据以上采暖技术方案,北京市房山区果各庄应急避难所太阳能供暖系统的投资 概算如下: 16 (一)太阳能采热部分的投资分析 太阳能采热部分投资预算 单位:元 设备名 序号 称 规格 真 单位 单价 数量 合价 备注 空 管 集 热 模 1 块 Ms60/1500 套 2975 6 17850 角 钢 支 2 架 4×40mm M 14 548 7672 17 热 镀 锌 钢 3管 铜 闸 4阀 铜 闸 5阀 不 锈 钢 软 连 接 6管 热 镀 锌 7弯 DN50 DN50 DN25 DN25 DN50 M 35 198 6930 个 128 18 2304 个 45 36 1620 条 53 42 2226 个 15 98 1470 18 头 热 镀 锌 管 8箍 热 DN50 个 10 58 580 镀 锌 三 9通 热 DN50 个 15 32 480 镀 锌 变 10 径 DN50×25 个 10 82 820 活 结 11 基 DN50 个 25.5 88 2244 12 础 200×200 个 31 62 1922 避 雷 13 ¢12 M 5.5 110 605 19 热 镀 锌 圆 钢 屋 顶 管 道 保 橡朔保温 温 14 防 管¢55 M 11.5 198 2277 锈 漆 15 稀 15kg 桶 120 10 1200 释 剂 16 10 桶 80 12 960 安 装 费 17 18 设计费 19 总预算 项 8800 1 ¥:62730 元 8800 2770 20 (二)机房投资预算 机房投资预算: 序 号 设备名称 规格 不锈 单位 单价 数量 钢水 1 箱 1000L 个 3621 2 热水 Q=7.5m 供水 ?/h 2 泵 H=10m 台 2584 2 集热 Q=4.5m 循环 ?/h 3 泵 H=12m 台 2110 2 电辅 助加 Q=8m? 热循 /h 4 环泵 H=6m 台 1958 2 电辅 助加 热装 5 置 24kw 套 7862 1 单位:元 合价 备注 7242 5168 4220 3916 7862 21 智能 控制 6 柜 ZK115 套 12570 1 12570 电动 7 阀 DN50 个 1550 2 电磁 3100 8 阀 DN32 个 284 1 284 铜阀 9 门 DN50 个 128 36 4608 止回 10 阀 DN50 个 135 24 3240 橡胶 软解 11 头 DN50 个 145 32 4640 压力 12 表 1.6mp 套 45 12 540 水处 13 理器 膨胀 套 7320 1 7320 14 罐 380L 个 850 1 850 热镀 15 锌钢 DN50 m 35 285 9975 22 管 热镀 锌弯 16 头 DN50 个 热镀 15 120 1800 17 管箍 DN50 个 热镀 10 125 1250 锌三 18 通 DN50 个 热度 15 155 2325 19 活结 DN50 个 25.5 95 2422.5 橡朔保 管道 温管¢ 20 保温 55 电工 M 11.5 120 1380 阻燃 pvcφ 21 管 25 m 四芯 4×4m 3 425 1275 22 线 23 屏蔽 0.75m 线 项 11500 1 ¥:114322.5 元 11500 (三)地暖系统投资预算 序号 项目名称 型号 单位 数量 单价 合计 备注 地暖管材 平方米 1 (PEX) φ 20×2 350 29 10150 2 地暖分集水器 dn25 路 14 230 3220 3 过滤器 个 6 80 480 4 温控器 ZK001 个 14 280 3920 5 电动阀 dn20 个 14 264 3696 6 挤塑保温板 20mm ㎡ 350 14 4900 7 反射膜 ㎡ 350 2.5 875 8 泡沫填充剂 罐 10 98 980 地暖辅材(含 9 阀门) 10 施工安装 11 总预算 平方米 平方米 350 18 350 21 ¥:41871 元 6300 7350 (四)集中式太阳能采暖系统总投资预算 根据(一)、(二)(三)计算可知,本项目采用集中式太阳能系统总投资为: 62730 元+114322.5 元+41871 元=218923.5 元; 大写:贰拾壹万捌仟玖佰贰拾叁元伍角 24 (五)太阳能集中供热电辅助加热每天采暖运行成本 据国家气象部门统计资料记录,北京地区的日照属中国二类地区,属于太阳 能资源较丰富地区, 年平均采暖时间按照 120 天考虑。 1、 太阳能+电辅助加热的能源成本计算 F1= q0?T?S01 =1?10?0.48 =2.8(元/m3) 0.860? n ? c 0.860? 0.98? 2 S1——工频磁化热水锅炉运行成本(元/m3); q0——单位水的质量(1 吨/m3); ΔT——单位水的温升;取 10℃; S01——低谷电电价(河北平山地区 0.3149 元/kw·h); 0.860——能量转换系数 ; η——电辅助加热的效率;取 0.98 c——太阳能节能保证率 50%,折合 COP 值为 2 2、系统热散失费用 按我公司的管道保温设计系统热散失可控制在 5%以内,则系统热散失分摊 到热水的成本为: F2=2.8×5%=0.14(元/吨) 3、循环泵电耗 太阳能循环泵功率 0.3kw,平均每天运行 8 小时; 电锅炉补热泵功率 0.5kw,平均每天运行 8 小时; 25 热水供水泵功率:0.55kw,平均每天运行 24 小时; 则水泵电费分摊: F3=(功率×运行时间×电价)/日供水量=(元/吨) F3={(0.3+0.5)×8+0.55×24}×0.48/9.8=0.96 元/吨 4、系统运行成本 F=F1+F2+F3 =2.8+0.14+0.96=3.9 元/吨 F 总 =2.955 元/吨×9.8 吨/天=38.22 元/天 综合以上计算可知,采用太阳能地暖供暖系统(含热水保障系统)成本为 38.22 元/天。太阳能地暖供暖系统拥有可观的经济效应。综合建议采用太阳能地 暖供暖系统(含保障系统)。 26 第四章 结论 根据以上几章的技术分析以及经济分析,对方案做如下总结: 1、 系统采用太阳能+电辅助加热的技术形式作为热源,其中以太阳能作为主要 热源,电辅助加热作为保障热源,双热源联合供热进行采暖。 2、 本项目采用太阳能真空管集热器,其投资低,热效率高,运行维护方便,使 建筑物更加美观。 3、 在屋面集中布置太阳能集热器,其集热面积为 48m2。 4、 本方案配电功率考虑太阳能循环泵、保障热源加热循环泵,热水供水泵以及 电辅助加热器,其总功率为 30kw。 5、 本项目预算总投资为 218923.5 元,大写:贰拾壹万捌仟玖佰贰拾叁元伍角。 6、 本方案供暖成本为 38.22 元/天。 7、 此外在不需要供暖的季节,可以根据用户需要,利用此系统为用户提供部分 生活热水,给用户带来额外的效益。 8、 27

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